QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Pilas galvánicas y potenciales

Castilla-La Mancha · 2024 · Junio

Enunciado

Se quiere construir una pila galvánica a partir de los pares

\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}

\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}

.

a) (1 punto) Indique cuál es el cátodo y cuál es el ánodo, cuál es el oxidante y cuál es el reductor. Escriba las reacciones que tienen lugar en cada uno de los electrodos.

b) (1 punto) Haga un esquema de la pila, indicando la dirección de circulación de los electrones y calcule el potencial estándar.

Datos:

E^\circ(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13\ \text{V}

;

E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}

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Resultado

a) Cátodo: Pb (

\text{Pb}^{2+} + 2e^- \to \text{Pb}

); ánodo: Zn (

\text{Zn} \to \text{Zn}^{2+} + 2e^-

). Oxidante:

\text{Pb}^{2+}

; reductor:

\text{Zn}

.

b) Los electrones van del Zn al Pb por el circuito exterior.

\boxed{E^\circ_{\text{pila}} = +0{,}63\ \text{V}}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una pila galvánica la reacción tiene que ser espontánea, y eso ocurre cuando se reduce el par con el potencial de reducción mayor y se oxida el de menor potencial. Aquí los dos son negativos, pero

-0{,}13\ \text{V}

es mayor que

-0{,}76\ \text{V}

: el plomo se reduce y el cinc se oxida.

Recordando que en el cátodo ocurre la reducción y en el ánodo la oxidación (truco: «cátodo» y «reducción» empiezan por consonante; «ánodo» y «oxidación», por vocal), ya sabemos dónde va cada electrodo. Los electrones salen del ánodo, recorren el circuito exterior y llegan al cátodo. El potencial es

E^\circ = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}}

Desarrollo

a) Electrodos, oxidante, reductor y reacciones.

Como

E^\circ(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13\ \text{V} > E^\circ(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}

, el

\text{Pb}^{2+}

tiene más tendencia a reducirse que el

\text{Zn}^{2+}

.

Cátodo (polo positivo): electrodo de plomo. Se produce la reducción:

\text{Pb}^{2+}(aq) + 2\,e^- \longrightarrow \text{Pb}(s)

Ánodo (polo negativo): electrodo de cinc. Se produce la oxidación:

\text{Zn}(s) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2\,e^-

Reacción global de la pila:

\text{Zn}(s) + \text{Pb}^{2+}(aq) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{Pb}(s)

Oxidante: el ion $\text{Pb}^{2+}$ , que capta electrones y se reduce.
Reductor: el cinc metálico, $\text{Zn}$ , que cede electrones y se oxida.

b) Esquema de la pila y potencial estándar.

La pila consta de dos semipilas unidas por un hilo conductor (con un voltímetro) y un puente salino:

	Ánodo ( $-$ )	Cátodo ( $+$ )
Electrodo	Lámina de $\text{Zn}$	Lámina de $\text{Pb}$
Disolución	$\text{Zn}^{2+}$ $1\ \text{M}$ (p. ej. $\text{ZnSO}_4$ )	$\text{Pb}^{2+}$ $1\ \text{M}$ (p. ej. $\text{Pb(NO}_3)_2$ )
Proceso	Oxidación: el Zn se disuelve	Reducción: se deposita Pb
Electrones	Salen del electrodo	Llegan al electrodo

Los electrones circulan por el hilo exterior del ánodo de cinc al cátodo de plomo.
El puente salino (por ejemplo, de $\text{KNO}_3$ ) cierra el circuito y mantiene la neutralidad eléctrica: sus aniones ( $\text{NO}_3^-$ ) van hacia la semipila del cinc, donde se forman cationes $\text{Zn}^{2+}$ , y sus cationes ( $\text{K}^+$ ) hacia la del plomo, donde se consumen $\text{Pb}^{2+}$ .

En notación abreviada (ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha):

\text{Zn}(s)\,|\,\text{Zn}^{2+}(1\ \text{M})\,\|\,\text{Pb}^{2+}(1\ \text{M})\,|\,\text{Pb}(s)

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Potencial estándar:

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = -0{,}13 - (-0{,}76) = +0{,}63\ \text{V}

Sale positivo, como corresponde a una pila: la reacción es espontánea (

\Delta G^\circ = -nFE^\circ < 0

Consejo

No multipliques los potenciales por los coeficientes: $E^\circ$ es una propiedad intensiva y no depende de cuántos electrones se intercambien. Y resta siempre cátodo menos ánodo; si te sale un potencial negativo, has puesto los electrodos al revés.

En el esquema no olvides el puente salino ni el sentido de los electrones: suelen puntuarse aparte.

Paso 1 de 3

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